FACULTAD DE INGENIERÍA ARQUITECTURA Y URBANISMO

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(1)FACULTAD DE INGENIERÍA ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA TESIS. DISEÑO DE UN BANCO SEMIAUTOMATIZADO PARA LA REPARACIÓN DE CILINDROS HIDRÁULICOS CON CAPACIDAD DE SEIS PULGADAS DE DIÁMETRO Y OCHENTA PULGADAS DE LONGITUD PARA OPTAR POR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA. Autor: Bach. Llatas Castro Edinson Brai https://orcid.org/0000-0002-3693-6391 Asesor: Mg. Ing. Alvarado Silva Carlos Alexis https://orcid.org/0000-0002-3588-8869 Línea de la Investigación: Infraestructura, Tecnología y Medio Ambiente Pimentel – Perú 2021.

(2) DISEÑO DE UN BANCO SEMIAUTOMATIZADO PARA LA REPARACIÓN DE CILINDROS HIDRÁULICOS CON CAPACIDAD DE SEIS PULGADAS DE DIÁMETRO Y OCHENTA PULGADAS DE LONGITUD Aprobación del jurado. ______________________________ Mg. Coronel Rojas Angel Marcelo Presidente. ______________________________. ______________________________. Mg. Vives Garnique Juan Carlos. Mg. Carlos Alexis Alvarado Silva. Secretario. Vocal. ii.

(3) DEDICATORIA. A Dios, quien ha sido el que me ha inspirado a diario y me ha dado las fuerzas necesarias para la realización de esta investigación, y poder así alcanzar mi objetivo tanto personal como profesional.. A mi madre Edita Castro Flores y a mi padre Ricardo Llatas Castro por su apoyo incondicional, por su aliento y por cada uno de sus consejos que a diario me dieron a pesar de la distancia y los obstáculos.. También mi gratitud, a cada uno de mis hermanos, por ser un ejemplo para mí, por siempre estar a mi lado brindándome su apoyo constante.. iii.

(4) AGRADECIMIENTOS Son muchas las personas que han contribuido durante todo el proceso de esta investigación por lo que quiero extender un profundo agradecimiento para la Universidad Señor de Sipán por haberme permitido ser parte de ella y poder estudiar mi carrera universitaria. Mi gratitud a la Escuela profesional de Ingeniería Mecánica y mi sincero agradecimiento a mi Asesor Carlos Alexis Alvarado Silva, por cada una de sus orientaciones brindadas durante el desarrollo de mi tesis. Mi enorme reconocimiento a cada uno de los docentes por cada detalle y momento dedicado para aclarar cualquier tipo de duda que me surgiera, agradecerle por la caridad y exactitud con la que se me enseño cada clase. Finalmente, agradecer a cada de los que fueron mis compañeros de clase durante cada uno de los ciclos universitarios, por cada una de las experiencia y buenos momentos vividos, los cuales siempre serán un gran recuerdo.. iv.

(5) DISEÑO DE UN BANCO SEMIAUTOMATIZADO PARA LA REPARACIÓN DE CILINDROS HIDRÁULICOS CON CAPACIDAD DE SEIS PULGADAS DE DIÁMETRO Y OCHENTA PULGADAS DE LONGITUD DESIGN OF A SEMI-AUTOMATED BENCH FOR THE REPAIR OF HYDRAULIC CYLINDERS WITH A CAPACITY OF SIX INCHES IN DIAMETER AND EIGHTY INCHES IN LENGTH Llatas Castro Edinson Brai 1. Resumen En este proyecto de investigación se diseñó un banco semiautomatizado para la reparación de cilindros hidráulicos, con una capacidad de 6 pulgadas de diámetro y 80 pulgadas de longitud. Las necesidades de los trabajadores y de las empresas al reparar cilindros hidráulicos fueron evaluadas y recogidas a través de la observación, la entrevista, y de la misma experiencia vivida por parte del autor. Posterior a esto se busca una solución a todas las necesidades encontradas siguiendo el método normado y estandarizado de diseño; VDI – 2222, que sirve como una guía y con el cual se desarrolla toda la investigación. Se evaluó y se eligió a la mejor propuesta de entren tres alternativas de solución. Posterior a ello se realizó el dimensionamiento, calculo, y la selección de elementos tanto para la estructura principal, como para el mecanismo de afloje y ajuste, el sistema hidráulico, y el sistema de control eléctrico. Se usó diferentes tipos de programas computacionales como: MDSolids 4.0 para el cálculo de fuerzas y momentos; FluidSIM – Hidráulica para el diseño del sistema electrohidráulico; CADe_SIMU para el diseño del sistema eléctrico; SOLIDWORKS 2016 para el modelado de todos los elementos, y el estudio estático de los principales componentes. Todos los resultados obtenidos cumplieron con las expectativas esperadas, dado confiabilidad, y seguridad de que el diseño cumplirá con el trabajo para el fin que fue realizado. Finalmente se realiza una evaluación económica detallada con el fin de estimar el valor económico que costara el diseño y la construcción del proyecto. Palabras claves: Banco semiautomatizado, cilindro hidráulico, mecanismos, sistemas.. 1. Adscrito a la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Eléctrica, Pregrado, Universidad Señor de Sipán, Pimentel, Perú, email: [email protected] y registro ORCID https://orcid.org/00000002-3693-6391.. v.

(6) Abstract In this research project, a semi-automated bench was designed for the repair of hydraulic cylinders, with a capacity of 6 inches in diameter and 80 inches in length. The needs of workers and companies when repairing hydraulic cylinders were evaluated and collected through observation, interview, and the same experience lived by the author. After this, a solution is sought to all the needs found following standardized design standards and methods; This is where the VDI-2222 Beginner Design Method is evaluated and chosen, which serves as a guide and with which all research is conducted. Several alternative solutions were proposed, with different physical and geometric configuration, which would help solve the needs encountered, from which the best proposal was evaluated and chosen. Subsequently, the sizing, calculation, and selection of elements for the main structure, as well as for the loosening and adjustment mechanism, the hydraulic system, and the electrical control system were carried out. Different types of computer programs were used such as: MDSolids 4.0 for the calculation of forces and moments; FluidSIM - Hydraulics for the design of the electrohydraulic system; CADe_SIMU for the design of the electrical system; Solidworks 2016 for the modeling of all the elements, and the static study of the main components. All the results obtained met the expected expectations, given reliability, and assurance that the design will fulfill the work for the purpose it was carried out. Finally, a detailed economic evaluation is carried out in order to estimate the economic value that the design and construction of the project will cost.. Keywords: Semi-automated bench, hydraulic cylinder, mechanisms, systems.. vi.

(7) ÍNDICE DEDICATORIA ................................................................................................................... iii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iv Resumen ................................................................................................................................. v Abstract ................................................................................................................................. vi ÍNDICE ................................................................................................................................ vii I. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 12 1.1. Realidad Problemática. .............................................................................. 12 1.2. Antecedentes de Estudio. ........................................................................... 16 1.3. Teorías Relacionadas al Tema. .................................................................. 20 1.3.1. 1.3.2. 1.3.3. 1.3.4. 1.3.5. 1.3.6.. 1.4. 1.5. 1.5.1. 1.5.2. 1.5.3.. 1.6. 1.7. 1.7.1. 1.7.2.. II.. Formulación del Problema. ........................................................................ 54 Justificación e Importancia del Estudio. .................................................... 54 Justificación Económica ................................................................................... 54 Justificación Social. .......................................................................................... 54 Justificación Técnica. ....................................................................................... 54. Hipótesis. ................................................................................................... 55 Objetivos. ................................................................................................... 55 Objetivo General. ............................................................................................. 55 Objetivos Específicos. ...................................................................................... 55. MATERIAL Y MÉTODO........................................................................................... 57 1.1. Tipo y Diseño de Investigación. ................................................................ 57 1.2. Población y Muestra. ................................................................................. 57 1.3. Variables, Operacionalización. .................................................................. 57 1.3.1. 1.3.2.. 1.4. 1.4.1. 1.4.2. 1.4.3.. 1.5. 1.6. 1.6.1. 1.6.2.. 1.7. 1.7.1. 1.7.2. 1.7.3. 1.7.4.. III.. Conceptos básicos de una estación de trabajo .................................................. 20 Conceptos básicos de automatización industrial .............................................. 21 Conceptos básicos de hidráulica ....................................................................... 24 Conceptos básicos de electrohidráulica. ........................................................... 40 Método de diseño VDI – 2222. ........................................................................ 45 Selección de elementos hidráulicos y diseño del banco. .................................. 45. Variables. .......................................................................................................... 57 Operacionalización. .......................................................................................... 58. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos, Validez y Confiabilidad. 59 Técnicas ............................................................................................................ 59 Instrumentos de recolección de datos. .............................................................. 60 Validez y confiabilidad..................................................................................... 61. Procedimientos de Análisis de Datos. ........................................................ 61 Criterios Éticos........................................................................................... 61 Código de ética del Colegio de Ingenieros de Perú. ......................................... 61 Código de ética de investigación de la Universidad Señor de Sipán (USS). .... 62. Criterios de Rigor Científico. ..................................................................... 62 Valor de la verdad ............................................................................................ 62 Transferibilidad ................................................................................................ 62 Dependencia ..................................................................................................... 63 Confiabilidad .................................................................................................... 63. RESULTADOS ....................................................................................................... 65 1.8. Resultados en Tablas y Figuras.................................................................. 65 1.8.1. 1.8.2. 1.8.3.. Planeamiento o comprensión de la solución..................................................... 68 Elaboración del concepto ................................................................................. 69 Elaboración del proyecto y detalles de diseño.................................................. 77. vii.

(8) 1.9. Análisis de costos generales para el desarrollo del proyecto ................... 125 1.10. Discusión de Resultados. ......................................................................... 127 IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................... 130 1.11. Conclusiones. ........................................................................................... 130 1.12. Recomendaciones .................................................................................... 131 REFERENCIAS ................................................................................................................ 132 ANEXOS ........................................................................................................................... 136. ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1: Modelos de estaciones de trabajo. ...................................................................... 20 Figura 2: Estructura de un sistema automatizado............................................................... 22 Figura 3: Sistema hidráulico en maquinaria de construcción. ........................................... 24 Figura 4: Aplicación de la ley de pascal. ............................................................................ 25 Figura 5: Demostración del principio de Arquímedes. ...................................................... 26 Figura 6: Prueba de viscosidad........................................................................................... 27 Figura 7: Representación de un grupo de accionamiento hidráulico. ................................ 28 Figura 8: Vista interna de una bomba de engranajes. ........................................................ 29 Figura 9: Vista interna de una bomba de paletas. .............................................................. 29 Figura 10: Vista interna de una bomba de pistones axiales. .............................................. 30 Figura 11: Representación gráfica y simbológica de cilindros hidráulicos. ...................... 31 Figura 12: Simbólica de motores hidráulicos. .................................................................... 32 Figura 13: Representación de válvula limitadora de presión. ............................................ 33 Figura 14: Representación de válvula reguladora de caudal. ............................................. 34 Figura 15: Representación de válvulas distribuidoras de flujo. ......................................... 34 Figura 16: Manómetro de presión. ..................................................................................... 35 Figura 17: Tanque hidráulico. ............................................................................................ 36 Figura 18: Filtro de aceite hidráulico. ................................................................................ 37 Figura 19: Tubería flexible. ................................................................................................ 39 Figura 20: Tubería rígida.................................................................................................... 39 Figura 21: Contacto NA, NC y conmutación. .................................................................... 40 Figura 22: Pulsador NA y NC. ........................................................................................... 41 Figura 23: Interruptor NA y NC. ........................................................................................ 41 Figura 24: Final de carrera NC. .......................................................................................... 42 Figura 25: Representación de un relé. ................................................................................ 43 Figura 26: Relé con retardo a la conexión.......................................................................... 43 Figura 27: Relé con retardo a la desconexión. ................................................................... 44 Figura 28: Representación de válvula 4/3 monoestable. .................................................... 45 Figura 29: Esfuerzo respecto al tiempo. ............................................................................. 52 Figura 30: Caja negra, banco de armado y desarmado de cilindros hidráulicos. ............... 69 Figura 31: Estructura de funciones..................................................................................... 70 Figura 32: Solución 01, plataforma básica de reparación. ................................................. 72 Figura 33: Solución 02, transmisión mecánica. ................................................................. 73 Figura 34: Solución 03, estación electrohidráulica. ........................................................... 73 Figura 35: Grafico de dispersión técnico económico. ........................................................ 76 Figura 36: Cilindro de levante excavadora CAT 336 FE. .................................................. 77. viii.

(9) Figura 37: Especificaciones de bomba seleccionada. ........................................................ 83 Figura 38: Especificaciones de cilindro hidráulico seleccionado. ..................................... 83 Figura 39: Especificaciones de válvula distribuidora de caudal. ....................................... 84 Figura 40: Especificaciones válvula reguladora de presión. .............................................. 85 Figura 41: Pruebas típicas de fluidos hidráulicos............................................................... 86 Figura 42: Nomograma de dimensionamiento de tubería hidráulicas. ............................... 87 Figura 43: Especificaciones de filtro de succión. ............................................................... 88 Figura 44: Especificaciones filtro principal. ...................................................................... 88 Figura 45: Diagrama hidráulico del sistema de actuadores lineales. ................................. 89 Figura 46: Especificaciones de bomba hidráulica. ............................................................. 90 Figura 47: Especificaciones de motor hidráulico. .............................................................. 91 Figura 48: Diagrama hidráulico del sistema hidrostático................................................... 93 Figura 49: Bombas tipo tándem. ........................................................................................ 94 Figura 50: Especificaciones de motor eléctrico. ................................................................ 94 Figura 51: Sistema hidráulico completo............................................................................. 97 Figura 52: Lista de elementos hidráulicos.......................................................................... 98 Figura 53: Disposición de la estructura base. ..................................................................... 99 Figura 54: Resultado – Análisis estático – Tensiones. ...................................................... 100 Figura 55: Resultado - Análisis estático – Desplazamientos............................................ 100 Figura 56: Resultado – Análisis estático – Factor de seguridad. ..................................... 101 Figura 57: Disposición de elementos de ajuste y afloje. .................................................. 101 Figura 58: Identificación de elementos de mecanismo de afloje y ajuste. ....................... 102 Figura 59: Factor de corrección de dientes / Factor de torones múltiples........................ 103 Figura 60: Representación de elementos de transmisión por cadena. .............................. 104 Figura 61: Cuadro de selección de cadenas. ................................................................... 104 Figura 62: Especificaciones de cadena ANSI 50. ............................................................ 105 Figura 63: Localización de fuerzas sobre eje. .................................................................. 106 Figura 64: Diagrama de cuerpo libre................................................................................ 106 Figura 65: Diagrama de cuerpo libre, transmisión por cadena. ....................................... 107 Figura 66: Fuerzas en el plano X – Y............................................................................... 108 Figura 67: Fuerza cortante y momento flector plano X -Y .............................................. 109 Figura 68: Fuerzas en el plano X – Z. .............................................................................. 109 Figura 69: Fuerza cortante y momento flector, plano X – Z ............................................ 110 Figura 70: DCL, momento torsor. .................................................................................... 111 Figura 71: Resultado – Análisis estático – Tensiones. ..................................................... 114 Figura 72: Resultado – Análisis estático – Desplazamientos. .......................................... 115 Figura 73: Resultado – Análisis estático – Factor de seguridad. ...................................... 115 Figura 74: Especificaciones de rodamiento de rodillos cónicos. ..................................... 117 Figura 75: Dimensionamiento d nervados. ...................................................................... 117 Figura 76: Dimensionamiento de cuñas y cuñeros........................................................... 118 Figura 77: Dimensiones de tecle eléctrico........................................................................ 118 Figura 78: Disposición de tecles....................................................................................... 119 Figura 79: Resultado – Análisis estático – Tensiones. ..................................................... 120 Figura 80: Resultado – Análisis estático – Desplazamiento. ........................................... 121 Figura 81: Resultado – Análisis estático – Factor de seguridad. ...................................... 121 Figura 82: Disposición de soportes y sujetadores. ........................................................... 122 Figura 83: Diagrama eléctrico de corriente alterna. ......................................................... 123 Figura 84: Diagrama electro – hidráulico, de corriente continua. .................................... 124. ix.

(10) Figura 85: Proceso de afloje de tuerca de vástago. .......................................................... 137 Figura 86: Proceso de afloje de tapa de cilindro. ............................................................. 137. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Viscosidad y temperatura recomendada para bombas hidráulicas. ...................... 27 Tabla 2: Rango de números ISO 4406, conteo de partículas. ............................................ 37 Tabla 3: Operacionalización de variables para el sistema de afloje y ajuste de componentes. ....................................................................................................................... 58 Tabla 4: Operacionalización de variables para el sistema de montaje y desmontaje del conjunto cilindro embolo. .................................................................................................... 59 Tabla 5: Resumen de entrevista realizada a trabajadores de reparación de cilindros hidráulicos. .......................................................................................................................... 66 Tabla 6: Lista de exigencias que debe de cumplir el diseño. ............................................. 68 Tabla 7: Desarrollo de matriz morfológica. ....................................................................... 71 Tabla 8: Leyenda, matriz morfológica. .............................................................................. 72 Tabla 9: Evaluación de criterios técnicos y económicos. ................................................... 74 Tabla 10: Evaluación económica (yi). ................................................................................ 75 Tabla 11: Evaluación técnica (xi). ...................................................................................... 75 Tabla 12: Especificaciones de cilindro de levante excavadora hidráulica 336 FE. ............ 78 Tabla 13: Resumen de valores calculados para cilindros hidráulicos. ............................... 82 Tabla 14: Características de elementos principales. ........................................................... 95 Tabla 15: Valores de torsión que dispone el banco. ........................................................... 96 Tabla 16: Fuerzas que actúan sobre la estructura base. ...................................................... 99 Tabla 17: Cargas que actúan sobre la estructura del tecle. ............................................... 120 Tabla 18: Costos generales del proyecto. ......................................................................... 125 Tabla 19: Costos generales de proyecto (continuación). .................................................. 126 Tabla 20: Costos generales de proyecto (continuación). .................................................. 127 Tabla 21: Resumen de resultados de factor de seguridad. ................................................ 128. x.

(11) CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN. 11.

(12) I.. INTRODUCCIÓN. 1.1. Realidad Problemática. A lo largo del tiempo las instalaciones, maquinas, equipos y sistemas han ido evolucionando de manera rápida, haciéndose cada vez más complejos, exigiendo mejoras continuas en los procesos de mantenimiento y trabajos más rigurosos para los gestores de mantenimiento. INFRASPEAK divide al mantenimiento en tres grupos: mantenimiento correctivo “funcionar hasta romperse”, mantenimiento preventivo “mantenimiento regularizado”,. mantenimiento. predictivo. “supervisión. del. equipo. en. funcionamiento”.(“¿Cuáles Son Los Diferentes Tipos de Mantenimiento? [2020] • Infraspeak Blog,” 2020) La internet de las cosas IOT ha cambiado la perspectiva de percibir el mundo, la industria 4.0 nos ha traído la IIOT (industrial internet of things) que significa en español la internet de las cosas industriales. En un futuro todas las maquinas podrán estar conectadas a la red, transmitir, analizar información y tomar decisiones solas. (“Mantenimiento Industrial Inteligente: El Poder de la IIoT • Infraspeak Blog,” 2020) El internet de las cosas IIOT se aplicará al mantenimiento industrial a través de sensores que recogerán datos de los equipos y/o maquinas a los cuales nunca se podía acceder, haciendo así más fácil la forma de prever cuándo ocurrirá la falla, y finalmente evaluar a través de un mantenimiento predictivo que está al alcance de las personas. (“Mantenimiento Industrial Inteligente: El Poder de la IIoT • Infraspeak Blog,” 2020) A nivel mundial se usa cilindros hidráulicos en equipos y maquinas diseñados especificarte para trabajos de construcción, como la maquinaria pesada usada para el desarrollo de proyectos de ingeniería civil, infraestructura, minería, agricultura, arquitectura, naval. Aquí se presentan algunas de las marcas más reconocidas de fabricación de maquinaria y sus países de origen (“LAS 10 MEJORES MARCAS EN MAQUINARIA PESADA 2019,” 2019). CATERPILLAR empresa estadounidense fundada en 1925; KOMATSU fundada en 1917 como Komatsu Iron Works en Tokio Japón; TEREX fundada en 1925 en estados 12.

(13) unidos; VOLVO fundada en 1927 en Gotemburgo por SKF Suecia,; LIEBHERR fundada en 1949 en Suiza, HITACHI fundada en 1910 en Japón; JOHN DEERE corporación estadounidense fundad en 1837; SANY empresa china fundada en 1986; ZOOMLION fundada en China en 1992; SANDIVIK fundada en 1862 en Suecia, produce equipos de perforación (“LAS 10 MEJORES MARCAS EN MAQUINARIA PESADA 2019,” 2019). TUXCO es una empresa estadounidense que desde 1970 se dedicó al diseño, desarrollo y producción del equipo de servicio de cilindros hidráulicos, que consiste en una máquina de desmontado y montado hidráulicamente de cilindros hidráulicos, de una manera más rápida, barata y segura. Actualmente sus equipos pueden proporcionar hasta 60 000 lb-ft de torque para desajustar las glándulas roscadas y tuercas altamente ajustadas sin ningún inconveniente.)(“Categoría: Equipos de servicio de cilindros hidráulicos | Productos,” 2020). MICRON TECHNOLOGIES establecida en 1957 en Sudáfrica, es líder en la fabricación y distribución de equipos de reparación de cilindros hidráulicos, probadores de presión de cilindros, arandelas, máquinas de bruñido y equipos de perforación. Ofrece su equipo de reparación de cilindros para equipo pesado de la serie MCB con las siguientes prestaciones: capacidad torsional hasta 65 000 N.m, diámetro máximo de 620 mm, peso de la pieza hasta 6 000 kg y una longitud de 15 m (“Micron Technologies | EQUIPO DE REPARACIÓN DE CILINDRO HIDRÁULICO | Su especialista en equipos de reparación de cilindros,” 2017). FERJOVI es una empresa española dedicada a la innovación en el diseño y la ingeniería hidráulica desde 1973, se encarga de solucionar problemas hidráulicos, mantenimiento a estructuras y maquinaria pesada. Los cilindros hidráulicos Ferjovi responden a todas las exigencias de seguridad, de trabajo pesado, de corrosión, independientemente de la aplicación de la que se trate(“▷ Cilindros hidráulicos y ‘grandes’ cilindros hidráulicos | FERJOVI ◁,” 2020). En Latinoamérica la empresa “HEMS” (Heavy Equipment Mantenance Solutions) que en español tiene el significado de soluciones de mantenimiento para equipo pesado a través de su representante “ESVATE CORPORATION S.A.C” distribuye gran variedad de equipos de la marca TUXCO mencionada líneas más arriba, para el mantenimiento de maquinaria de 13.

(14) construcción ofreciendo entre ellos “banco de reparación/ desarme de cilindros hidráulicos” llegando a los países como Perú, Chile, Colombia, Bolivia, Brasil, Venezuela, Surinam, Guayanas, (“HEMS Latinoamérica | Distribuidor Exclusivo | LinkedIn,” 2020). Brasil es la mayor economía de América del sur y la novena a nivel mundial según las estimaciones del Fondo Monetario Internacional publicadas por Rosa Fernández el 30 de abril del 2020. La industria de maquinaria representa el 7% del índice de producción a nivel nacional, el 90% de la maquinaria agrícola es comprada en el mismo país y además goza de un, mercado regional muy importante, la industria de maquinaria también produce equipos de carretera y maquinaria de construcción (“Las Mayores Industrias En Brasil | 2020,” 2020). La empresa argentina INTERMARES dedicada al diseño, fabricación y reparación de cilindros hidráulicos garantiza la funcionalidad completa de los componentes fabricados y reparados al trabajar con la norma SAE J214. Intermares dispone de un gran banco de reparación brindando la solución completa para desmontaje, servicio y montaje de componentes de gran envergadura. El poderoso sistema hidráulico, acompañado de un conjunto de accesorios, soportes, grúas, pinzas, hacen que el trabajo sea más sencillo, evitando procedimientos de la vieja escuela (“Servicio - Reparación de Cilindros Hidráulicos,” 2014). A nivel nacional la empresa “HEMS” ofrece sus servicios en las regiones de Lima, Arequipa y Moquegua. Las empresas más grandes de oleohidraulica aplicada a la maquinaria de construcción se encuentran en la ciudad de Lima y Arequipa, tal es el caso de INVEMET S.R.L (ingeniería de sistemas oleohidráulicos), WHINCO PERÚ, FAMAI, y entre otras empresas dedicadas a la fabricación y mantenimiento de cilindros hidráulicos. Estas ofrecen evaluación de cualquier tipo de cilindros hidráulicos, cromado de vástagos, bruñido de cilindros, armado monitoreado, prueba de hermeticidad, para ofrecer la calidad que el cliente exige. Cabe resaltar que dichas instalaciones cuentan con bancos de arme y desarme de cilindros específicamente para uso propio de la empresa(“Fabricación y Reparación de Cilindros Hidráulicos y Neumáticos - INVEMET,” 2019).. 14.

(15) En la región Lambayeque las empresas distribuidoras de maquinaria agrícola y pesada ofrecen mantenimiento a sus clientes, generalmente empresas grandes de construcción y agricultura, los precios son un poco elevados, pero se trabaja con máquinas y equipos de la vanguardia de la tecnología. Por otra parte, una de las empresas más reconocidas de la región que brinda servicios a mediana y pequeña empresa es HIDRÁULICA CHICLAYO EIRL. Que tiene como oficio la reparación de todo lo relacionado a sistemas hidráulicos. También existe un sin número de empresas (talleres) de reparación de maquinaria de construcción y agrícola en toda la región, las cuales cuentan con profesionales muy buenos en su oficio, pero que quizás no cuentan con los equipos y maquinas necesarias para poder desenvolver su profesión a niveles exigentes. Tal es el caso de la empresa SERVICIOS TÉCNICOS MECÁNICOS ELÉCTRICOS de la cual se hará referencia en esta investigación, y en la cual el autor de este trabajo investigativo se desempeñó como técnico mecánico. Por la experiencia vivida en dicha empresa. Generalmente la reparación de los cilindros hidráulicos se realiza de forma totalmente manual, limitándose a reparar cilindros de pequeña y mediana envergadura. Para desenroscar y roscar las tapas de cilindro y tuercas de vástago los componentes se sujetan en una prensa hidráulica o en la misma máquina para facilitar el trabajo, a continuación, se aplica una fuerza de hasta cuatro personas en el extremo de una herramienta hasta lograr el objetivo; el desacoplamiento y acoplamiento del conjunto vástago cilindro muchas veces se realiza de manera descentrada conllevando al daño de los retenes y al derrame innecesario de aceite hidráulico a la superficie. No siendo esta la manera más adecuada de reparar un cilindro hidráulico, porque conlleva mucho tiempo en la manipulación de los compontes, poniendo en riesgo la salud de los trabajadores como problemas lumbares y riesgo de caída de objetos pesados, daño de retenes en la instalación, así como caídas y contaminación por derrames de aceite revisar Anexo 5. De aquí surge la necesidad de diseñar un banco semiautomatizado que tenga la capacidad de satisfacer todas las necesidades de los técnicos al momento de reparar un cilindro hidráulico tales como: manejo fácil y sencillo, seguro y confiable, dar una postura confortable al operador, de fácil mantenimiento, capaz de manipular grandes elementos con. 15.

(16) poco esfuerzo, capacidad de adaptarse a diferentes dimensiones, mejorar los tiempos, aumentar la productividad y generar ganancias desde el momento de su instalación. 1.2. Antecedentes de Estudio. José Manaico Ormeño. Realizó la investigación “Automatización de pruebas de cilindros telescópicos de levante de tolva de camiones mineros” en la pontificia Universidad Católica del Perú el 28 de noviembre del 2017. Se desarrolló la investigación cumpliendo los parámetros de calidad de la norma SAE J1334 y parámetros de calidad de la empresa Komatsu Mitsui maquinarias Perú, los modelos de camiones usados son Komatsu 730 y 830 de los cuales se usa todos los parámetros de diseño y de funcionabilidad de los cilindros hidráulicos. El diseño cuidará de la ergonomía de los trabajadores necesitando de ellos sólo el mínimo esfuerzo; el costo de desarrollo del proyecto estará entre $25000 a $30000 que es el gasto promedio que se asume al llevar un cilindro a evaluar al extranjero, y todos los elementos del sistema serán adquiridos en el mercado local para abaratar los precios y tener disponibilidad en cualquier momento. Algunos datos de entrada necesarios para el diseño son que la bomba proporcione una presión de 241 bar y un caudal aproximado de 80 litros por minuto, el ancho de la estructura deberá ser de 7 m y con un largo de 8 m; la base del diseño será un banco de pruebas de Komatsu Chile que es operado manualmente y para el cual se propone tres conceptos diferentes de diseño y una matriz morfológica para comparar y seleccionar los componentes idóneos que más se adecue a las necesidades y exigencias de la investigación. Toda la información de los cilindros hidráulicos es autorizada por la empresa Komatsu Mitsui Perú para fines sólo investigativos. Finalmente se logra el objetivo de desarrollo, el banco es aprobado y probado, en el sólo es necesario el modelo del cilindro aprobar y el operador sólo supervisará el proceso, además se logró un diseño adaptable que logrará probar diferentes modelos de cilindros hidráulicos siempre y cuando están dentro de las especificaciones y de la capacidad del banco de pruebas. 16.

(17) una de las recomendaciones es implementar un sistema de recolección de datos de forma automática para evitar errores en la toma de resultados. Santiago Rosero Cárdenas. Realizó “Diseño construcción e implementación de un sistema automatizado para el proceso de cortado y Doblado de chapa metálica” tesis de grado Universidad Tecnológica Equinacional, Ecuador 2016. La investigación se desarrolló en una serie de etapas que involucra la necesidad de un diseño mecánico, eléctrico, diseño de control en prototipo virtual y prototipo físico, múltiples etapas de prueba y finalmente la implementación y validación del sistema en la empresa. La máquina debe cortar y doblar planchas de un espesor de 0.5 mm a 0.7 mm y producir material de una manera masiva, el ancho máximo de la maquina debe ser de 1.5 m con una altura máxima de 1.90 m, el tablero eléctrico funcionará a 220 volts y contendrá todos los elementos de mando. Para un mejor desarrollo del proyecto se propusieron tres alternativas de diseño que al final darán la solución más óptima y adaptable según las necesidades de la empresa seleccionando la de mayor puntaje de acuerdo a sus evaluaciones. Usan un programa de diseño CAD para hacer el modelamiento y el análisis de esfuerzos mecánicos de los elementos más críticos de la máquina, además complementaron los cálculos con los programas MDsolids y FluidSIM para calcular las fuerzas y simular el sistema hidráulico. Todo el sistema de control es comandado por PLC 230RC; los componentes como motor eléctrico, bomba hidráulica, válvulas de control, actuadores, etc. fueron calculados de acuerdo a las necesidades del proyecto. Se concluye que la máquina logra Cortés perfectos en menor tiempo que un operador común reduciendo el tiempo hasta un 50%, la máquina tiene un sistema mecánico poco complejo, pero necesariamente preciso para no afectar el desenvolvimiento de las partes móviles.. 17.

(18) Carrillo Anchundia Edwin y Reyes Zambrano Richard realizaron la investigación “Diseño, cálculo y construcción de un banco de pruebas de cilindros hidráulicos hasta 5 toneladas de capacidad con válvulas direccionales de flujo”, tesis de grado, Manta Ecuador 2015. Esta es una de las investigaciones en la que después de haber diseñado y calculado el proyecto es llevado a la realidad y puesto en funcionamiento inmediatamente después de su construcción. La estructura principal fue construida de tubos de hierro cuadrado, el sistema hidráulico está diseñado de una manera sencilla para una fácil instalación en el momento de uso, se dimensiona adecuadamente el depósito de fluido hidráulico, y se seleccionan todos los componentes hidráulicos acorde a las dimensiones del banco. El sistema eléctrico actuara con seguridad en casos de emergencia además de tener la opción de bloqueo automático para ser usado solo por personal autorizado, Después de la construcción se realizaron pruebas de sobrepresión y sobrecarga de corriente y tensión, además de una inspección visual para descartar cualquier tipo de fuga; observando elevadas presiones en el momento de extender y contraer el vástago de cilindro hidráulico; se determina que la capacidad del banco de pruebas es muy baja, Aunque para el laboratorio sería suficiente. El banco de pruebas será diseñado y construido exclusivamente para el laboratorio de la Universidad concluyendo que se cumplió con el objetivo de la construcción del banco de pruebas y que los estudiantes podrán poner en práctica la teoría. Pero dicha investigación no realiza una adecuada presentación de alternativas de diseño, ni una matriz morfológica para comprar diferentes opciones de materiales y métodos, así como una lista de exigencias para hacer un diseño de mayor calidad y garantía.. 18.

(19) Rubén Escandón y César Zamora. Realizaron el “Diseño de una estación semiautomatizada de mantenimiento para el desmontaje de rodillos rotos”, en la empresa Flexa Santiago de Cali 2015. La investigación sigue una línea definida de diseño que parte desde la planificación; desarrollo conceptual que abarca la identificación de necesidades, generación de conceptos de diseño; diseño a nivel de sistema donde se desarrollan los bocetos del diseño a través de un software CAD; diseño detallado donde se realizan todos los cálculos numéricos de los componentes del banco; prueba y refinamiento; escalado en la producción. Se proponen dos conceptos diferentes para ser comparados entre ellos y elegir el mejor a través de una matriz de tamizaje donde se compra aspectos importantes como el costo, seguridad, eficiencia, ergonomía, manejo y mantenimiento. Se realizó el modelado y análisis de los componentes estáticos y dinámicos de los más críticos para comprobar el correcto dimensionamiento. Se usa la neumática, mecánica y electrónica para el diseño de la estación de trabajo; se programó un modelo lógico a través de un PLC para controlar todo el proceso de montaje y desmontaje de rodillos a partir de un diagrama de flujo de funcionamiento de la estación. Se determinó los costos de fabricación a través de un estudio de Mercado. Se consideró la seguridad de los trabajadores como parte muy importante del diseño el diseño de la máquina que está limitada a un torque máximo de 22,5 N.m; y un desplazamiento máximo de la horquilla telescópica de 1.9 m. Concluye que el diseño cumple las condiciones de mejora y aumenta en un 150% la producción disminuyendo Los costos, y los peligros ergonómicos de los trabajadores.. 19.

(20) 1.3. Teorías Relacionadas al Tema. 1.3.1. Conceptos básicos de una estación de trabajo 1.3.1.1.. Que es un banco (estación de trabajo) Un banco o una estación de trabajo es un conjunto de mecanismos o. instalaciones destinadas a realizar una actividad determinada. Las estaciones están asociadas a un operador por lo que deben de proveerle de calidad, comodidad, productividad y flexibilidad (“Importancia del diseño de las estaciones de trabajo,” 2020). Para diseñar correctamente una estación de trabajo Figura 1 es importante conocer el tipo de tarea a realizar, si se realiza de pie o sentado, con rango de medidas promedio, de tal manera que la estación no provoque adoptar posturas incorrectas al usuario (“Importancia del diseño de las estaciones de trabajo,” 2020).. Figura 1: Modelos de estaciones de trabajo. Fuente:(“Importancia del diseño de las estaciones de trabajo,” 2020). Muchos estudios demuestran que las estaciones de trabajo con diseño ergonómico aumentan la productividad de los operarios, por lo que una instalación debe contar con buenos aspectos ergonómicos para beneficio de la salud y comodidad de los empleados los que recompensaran desarrollando su máximo potencial (“Importancia del diseño de las estaciones de trabajo,” 2020).. 20.

(21) Para un diseño adecuado se debe considerar lo siguiente: (Parrga, 2003).  Evitar cargas estáticas y dinámicas  Evitar posturas fijas e inadecuadas  Diseñar una altura de trabajo aproximadamente 5 cm bajo el codo  Proporcionar una silla ajustable si fuera el caso  Proporcionar ropa y calzado de seguridad  Evitar repetición de tareas  Establecer lugares fijos para materiales y tareas  Proporcionar de información adecuada para los operarios 1.3.2. Conceptos básicos de automatización industrial 1.3.2.1.. Qué es la automatización industrial. Se define a la automática según la Real academia de ciencias físicas y exactas como un conjunto de procedimientos y métodos que sustituyen a un operario en tareas físicas y mentales programadas con anterioridad. De aquí se deriva la automatización cómo la aplicación de la automática al control de procesos industriales (Ponsa Asensio & Vilanova Arbós, 2000). Se considera a un sistema máquina o proceso automatizado cuando es capaz de reaccionar de forma automática ante la presencia de cambios y realizando funciones adecuadas para cumplir la función para la cual fue diseñada (Acuña, 1990). En la Figura 2 se muestra la estructura básica de un sistema automatizado.. 21.

(22) Figura 2: Estructura de un sistema automatizado. Fuente: (Acuña, 1990). Al hablar de automatización se hace referencia al uso de sistemas de control, como ordenadores, PLCs, PACs, robots y tecnología de la información para manejar máquinas y procesos, eliminando de la mano de obra y reemplazando operaciones manuales peligrosas por operaciones automatizadas (“Automatización Industrial: qué es y cómo funciona | Aula21,” 2018). 1.3.2.2.. Ventajas de la automatización de los procesos  Mejora la eficiencia de los procesos productivos.  Aumenta la precisión, reduce los errores y mejora la calidad de los productos.  Mejora el control de los materiales.  Ahorra tiempo en la ejecución de procesos.  Baja los costes de producción.  Aumenta la competitividad de la empresa.  Reduce accidentes, la fatiga, el estrés y aumenta la seguridad laboral.. 1.3.2.3.. Desventajas de la automatización de los procesos  Altas inversiones iniciales.  Requiere un estricto planeamiento y control de mantenimiento. 22.

(23)  No puede advertir algún tipo de fallas que puede percibir un ser humano a través del sonido por desgaste de mecanismos.  Pérdidas masivas de empleo. 1.3.2.4.. Tipos de automatización industrial. Sistema de automatización fija. En este proceso se usa equipos para agilizar procesos específicos. en esta es casi imposible modificar los diseños del producto las industrias tienen que producir productos estables y sostenibles por largo tiempo. Sistemas de automatización programable. Utilizada para fabricación de productos por lotes se tiene que cambiar la programación para obtener un nuevo lote con producto de diferente especificación. Generalmente los procesos de programación demandan mucho tiempo. Sistema de automatización flexible. Es una forma de automatización programable más sofisticada y renovada está puede cambiar de equipos y producir diferentes productos de forma automática y sin pérdida de tiempo. Sistema integrado de automatización. Es un conjunto de máquinas datos y procesos independientes de manera sincrónica bajo el mando de un único sistema de control. Usa las herramientas CAD CAM para controlar por ordenador robot grúas y cintas transportadoras utilizando programación y control de producción (“Automatización Industrial: qué es y cómo funciona | Aula21,” 2018.).. 23.

(24) 1.3.3. Conceptos básicos de hidráulica 1.3.3.1.. Definición de hidráulica y oleohidraulica La hidráulica proviene del griego “hydro” qué significa agua y. “aulos” qué significa cañería. Esta rama de la física desde su origen se centró en el estudio de los fenómenos físicos del agua en reposo y en movimiento subdividiendo sea así en hidrostática e hidrodinámica (Desarrollo Industrial, 2011). La oleohidraulica es la tecnología que utiliza fluido hidráulico en base aceite mineral derivado del petróleo y de aquí su prefijo óleo. La oleohidraulica abarca un conjunto de técnicas para la transmisión control regulación de energía. en estos sistemas la energía hidráulica generada por una por una estación es controlada por válvulas y transmitida a través de líneas para ser utilizada posteriormente por actuadores motores entre otros elementos de trabajo para realizar una determinada función o facilitar el desempeño de cualquier otro ingenio mecánico (Heras, 2011). En la Figura 3 se muestra una de las tantas aplicaciones de la oleohidraulica.. Figura 3: Sistema hidráulico en maquinaria de construcción. Fuente: (Rafael Duque, 2007). La automatización de procesos productivos se ha convertido en una necesidad de las industrias para ser competitivas en el mercado la oleohidraulica es la parte 24.

(25) importante de la automatización permitiendo aumentar la flexibilidad y los ritmos de producción gracias a la alta adaptabilidad de sus componentes la oleohidraulica es de mayor preferencia cuando los niveles de esfuerzos son altos (Heras, 2011). 1.3.3.2.. Principios fundamentales. Principio de Pascal. Pascal descubrió que “la presión aplicada a un fluido encerrado se. transmite en igual magnitud en cada punto del fluido y a las paredes del recipiente”; este principio es aplicado en la prensa hidráulica utilizada para comprimir o prensar cuerpos, en la Figura 4 se aplica una fuerza F1 sobre el embolo de área menor, generando una presión de igual magnitud en todas las partes del sistema, y teniendo como resultado una fuerza F2 > F1ya que el embolo 2 dispone de una área mayor (Hernandez, 2014).. Figura 4: Aplicación de la ley de pascal. Fuente: (Desarrollo Industrial, 2011). Principio de Arquímedes. Arquímedes descubrió que “todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje en sentido contrario y de igual magnitud al líquido que ha sido desplazado” (Hernandez, 2014). En la Figura 5 se demuestra el principio al sumergir un objeto en un recipiente con agua. 25.

(26) Figura 5: Demostración del principio de Arquímedes. Fuente: (Hernandez, 2014). 1.3.3.3.. Fluido hidráulico Los fluidos hidráulicos han ido evolucionando constantemente. dejando al agua de lado por sus inconvenientes innatos y reemplazándolos por aceites de origen mineral derivados del petróleo. La exigencia del trabajo ha obligado la utilización de aditivos y aceites sintéticos (Heras, 2011). Los aceites minerales tienen propiedades lubricantes, anticongelantes, anticorrosivos y de aislamiento eléctrico; además de que son fáciles de filtrar siendo idóneos para instalaciones con altos índices de contaminación. Por su lado los aceites sintéticos surgen a partir de la escasez de derivados petrolíferos y la necesidad de optar por prestaciones mejoradas. La buena Selección del fluido hidráulico es crucial para un buen funcionamiento y durabilidad del sistema, siendo la característica más primordial la viscosidad que es la resistencia al fluir de los líquidos además de estar reforzada con buenos aditivos y de una adecuada temperatura de trabajo. Una viscosidad demasiado elevada aumenta las pérdidas por fricción y dificulta la succión en las bombas oleohidráulicas, pero si es demasiada baja no puede garantizar la lubricación de todas las partes móviles además de perder todas sus propiedades con el aumento de temperatura (Heras, 2011). En la Figura 6 se muestra dos fluidos con diferente grado de viscosidad.. 26.

(27) Figura 6: Prueba de viscosidad. Fuente: (“Biofísica de los fluidos,” 2019) En la Tabla 1¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se muestra los intervalos de viscosidad que recomiendan los fabricantes de acuerdo a las características de las diferentes instalaciones oleohidráulicas. Tabla 1: Viscosidad y temperatura recomendada para bombas hidráulicas. Fuente: (Heras, 2011). Tipo de bomba. Engranajes Paletas Pistones axiales Pistones radiales. Grado ISO-VG. 32 60°C 60°C 60°C 40°C. 46 70°C 70°C 70°C 50°C. 68 80°C 80°C 80°C 60°C. Viscosidad máxima [cSt] 6 860 220-1000 860. Intervalo de viscosidad recomendado [cSt] 10--70 13-54 12--65 14-68. La temperatura promedio de un sistema hidráulico es de 65 °C, pues la velocidad de degradación de las propiedades aumenta rápidamente a partir de esta temperatura afectando las propiedades físico-químicas y específicamente la viscosidad, pues al aumentar la temperatura la viscosidad disminuye y tendrá la tendencia a fluir con demasiada fluidez (Heras, 2011).. 27.

(28) 1.3.3.4.. Grupo de accionamiento. El grupo de accionamiento Figura 7 es el encargado de suministrar. flujo hidráulico de manera constante al sistema; comprende un depósito, un motor de accionamiento eléctrico o de combustión que básicamente dependerá del tamaño de la instalación, una bomba de engranes, paletas o pistones, válvulas de seguridad, y entre otros componentes (Rafael Duque, 2007).. Figura 7: Representación de un grupo de accionamiento hidráulico. Fuente: (Rafael Duque, 2007). 1.3.3.5.. Bombas oleohidráulicas. Una bomba oleohidraulica es un dispositivo capaz de transformar la. energía mecánica recibida un extremo de su eje de una fuente exterior en energía hidráulica, una bomba suministra un determinado flujo volumétrico hacia una instalación. Las bombas más comunes usadas para equipos y máquinas hidráulicas son las de engranajes (internos y externos), bombas de paletas o aspas, y bombas de pistones. La selección de estas dependerá de las características de la instalación. Válvulas de control y regulación (Rafael Duque, 2007). Bomba de engranajes. Las bombas de engranajes Figura 8 son del tipo volumétricas rotativas y se usan en un gran abanico de aplicaciones. Las bombas de bajo caudal son excelentes bombas dosificadoras, mientras que las bombas industriales son ideales para el 28.

(29) trasiego de productos complicados. Una bomba de engranajes puede ser de engranajes externos o internos y sus aplicaciones cubren desde micro caudales hasta combas con más de 1000 m/h (“Bombas de engranajes | Bombas industriales | Técnica de Fluidos,” 2018).. Figura 8: Vista interna de una bomba de engranajes. Fuente: (Univeridad Politecnica Nacional, 2019). Bomba de paletas. La bomba de paletas Figura 9 está compuesta por un rotor excéntrico y un conjunto de paletas deslizantes que corren dentro de una carcasa. La posición de las paletas es controlada a través de un anillo de levas; el fluido entra por la parte de succión, es capturado por las paletas y es obligado a pasar por un área reducida hacia la salida de presión del sistema.. Figura 9: Vista interna de una bomba de paletas. Fuente: (Univeridad Politecnica Nacional, 2019). 29.

(30) La selección de entrega variable de flujo dependerá de la posición de las paletas, posición que podrá ser variada de forma manual, eléctrica, hidráulica o neumática. La capacidad común de estas bombas varía entre 2000 a 4000 psi (Mott, 2006). Bomba de pistones. Estas bombas tienen pistones instalados en el eje distribuidos de forma axial o radial, su desplazamiento depende de la carrera de los pistones dentro del bloque de cilindros; los orificios de entrada y salida de la bomba están ubicadas de manera opuesta para alternar la carrera de aspiración y descarga (“Bombas a pistones | Distritec Hidráulica y Neumática,” 2019). Para modificar el desplazamiento de la bomba de pistones es necesario el ángulo de la placa o del eje acodado. Las bombas de pistones Figura 10 tienen mayores prestaciones en comparación con la de paletas y engranajes, provee a las instalaciones de elevadas presiones de trabajo y tolerancias muy ajustadas que evitan la contaminación de los líquidos (“Bombas a pistones | Distritec Hidráulica y Neumática,” 2019).. Figura 10: Vista interna de una bomba de pistones axiales. Fuente:(Universidad Politecnica Nacional, 2019).. 30.

(31) 1.3.3.6.. Actuadores hidráulicos. El término actuador hidráulico es usado para aquellos componentes. que tiene la capacidad de transformar la energía hidráulica de flujo volumétrico y presión en trabajo mecánico, los actuadores pueden ser actuadores lineales o cilindros y actuadores rotativos o motores (Heras, 2011). Actuadores lineales. El cilindro hidráulico Figura 11 es el elemento final de un circuito hidráulico y es el encargado de convertir la energía hidráulica en mecánica lineal; su principio de funcionamiento se basa en el desplazamiento de un émbolo o pistón dentro de una camisa. Por la infinidad de aplicaciones de uso existen múltiples de actuadores lineales como: cilindro con doble vástago, sin vástago, émbolo fijo, cilindro móvil, telescópicos, diferenciales, etc. Por lo general los actuadores soportan elevadas temperaturas y ambientes polvorientos (Heras, 2011).. Figura 11: Representación gráfica y simbológica de cilindros hidráulicos. Fuente: (Heras, 2011). Motores hidráulicos. Los motores oleohidráulicos Figura 12 convierten la energía hidráulica en mecánica rotativa de giro continuo. En un motor el fluido hidráulico transmite el movimiento a los mecanismos internos forzando a girar el eje de salida (Heras, 2011). 31.

(32) Se puede decir que los motores son bombas que trabajan en sentido inverso, por lo que existen motores de engranajes, paletas y pistones; por lo que existen muchas bombas que pueden trabajar como motores sin apenas cambios.. Figura 12: Simbólica de motores hidráulicos. Fuente:(Heras, 2011). Los motores hidráulicos son robustos y con una muy buena relación potencia/peso, pueden realizar esfuerzos muy elevados a bajas velocidades lo que les hace ideal para trabajos extremos (Heras, 2011). 1.3.3.7.. Válvulas de control y regulación. El fluido hidráulico impulsado por la bomba llega a los actuadores. después de pasar por una serie de conductos y diferentes válvulas. Las válvulas son elementos del sistema que permiten regular la presión, dirección y caudal de flujo. La velocidad y el esfuerzo de un actuador depende del control de la presión y del caudal ya que al controlar la presión se varía la energía potencial dentro del sistema y al variar el caudal se está regulando la cantidad de flujo que pasa por unidad de tiempo en un determinado punto del sistema; ambas regulaciones se pueden hacer de forma independiente e indistinta gracias a la alta incompresibilidad del fluido (Heras, 2011). Válvulas reguladoras de presión. Las válvulas reguladoras de presión Figura 13 cumplen los roles fundamentales en los sistemas oleohidráulicos: limitar la presión en un punto del circuito por razones de seguridad, sincronismo o control, impidiendo sobrepasar el valor prescrito. Estás 32.

(33) válvulas están en estado normalmente cerradas en reposo; y reducir la presión en algún punto del sistema para cumplir con algún requerimiento de carga. Estas válvulas están normalmente abiertas en reposo y pueden mantener la presión constante tanto en la entrada como a la salida (Heras, 2011). A lo largo de los años también se les ha denominado de acuerdo a su función como válvulas limitadoras de seguridad, de descarga, de secuencia y contrapresión (Heras, 2011).. Figura 13: Representación de válvula limitadora de presión. Fuente: (Heras, 2011). Válvulas reguladoras de caudal. Las válvulas reguladoras Figura 14 de caudal pueden ser compensadas, o no con presión y ajustables o no, desde el exterior; tienen la capacidad de mantener el caudal de la línea aproximadamente constante frente a los cambios de presión y pueden ser de dos o tres vías (Heras, 2011). Las válvulas estranguladoras o no compensadas en presión, básicamente restringen el paso del fluido en las que el caudal se mantiene constante si lo es la perdida de presión a su través y siempre que no varíe mucho la viscosidad del fluido. Se han de emplear válvulas compensadoras cuando se verifica que no se afecta el caudal regulado por las variaciones del trabajo (Heras, 2011).. 33.

(34) Figura 14: Representación de válvula reguladora de caudal. Fuente: (Heras, 2011). Válvulas de control direccional. Las válvulas direccionales Figura 15 permiten controlar el sentido de movimiento de los actuadores; estas válvulas disponen de una serie de vías que se conectan con cada una de los puertos. Según la posición de trabajo, estas se identificadas por el número de vías y sus posiciones posibles como válvulas 2/2;3/2; 4/2; 4/3 etc. (Heras, 2011). El distribuidor es un selector direccional que brinda al sistema hidráulico la flexibilidad que todos los actuadores necesitan. El cambio de dirección de flujo puede lograrse abriendo o cerrando un asiento o deslizando una corredera en el interior de una camisa, los puertos son designados mediante letras donde la P representa la entrada de presión, A y B son los puertos de trabajo, y T es el puerto de retorno del fluido al tanque (Heras, 2011).. Figura 15: Representación de válvulas distribuidoras de flujo. Fuente: (Heras, 2011). 34.

(35) 1.3.3.8.. Dispositivos auxiliares. Si bien la misión principal de un sistema oleo hidráulico está. asegurada con bombas, actuadores y válvulas; el fluido a de almacenarse y mantenerse en condiciones adecuadas, función que cumplen los depósitos, filtros, acumuladores e intercambiadores de calor; además la instalación necesita de dispositivos como manómetros, presostatos, caudalímetros, termómetros, válvulas de aireación, etc. (Heras, 2011). Manómetro. El manómetro Figura 16 es un dispositivo que mide la diferencia de presión en un sistema hidráulico y lo muestra en un dial calibrado en unidades de PSI, bar, PSIa. El más común es el de tubo de bourdon, el cual mueve una aguja conectada a un conjunto de engranes que a su vez están conectados a un tubo metálico el cual sufre variaciones al tener contacto con el fluido a presión del sistema (Univeridad Politecnica Nacional, 2019).. Figura 16: Manómetro de presión. Fuente: (Univeridad Politecnica Nacional, 2019). Depósitos. Los depósitos Figura 17 son esenciales en las instalaciones oleohidráulicas pues ellos contienen el aceite que fluirá por el sistema, por lo que es indispensable seleccionar un buen depósito con un tamaño y una capacidad adecuada; si bien 35.

(36) su función principal es almacenar fluido, también compensa fluctuaciones del nivel resultado del movimiento de los actuadores y de las fugas externas, así como disipa calor generado, y aloja el aceite para que se airee y las partículas contaminantes se alojen en el fondo (Heras, 2011). La capacidad de almacenamiento debe ser entre dos a cuatro veces el caudal de la bomba; si la instalación es estacionaria se recomienda usar hasta cuatro veces la capacidad de la bomba.. Figura 17: Tanque hidráulico. Fuente: (Loader, 2005). Sistema de filtración. Los filtros son de vital importancia en un sistema hidráulico, ya que los fluidos deben permanecer limpios y saneados para alargar la vida útil de los componentes y que el funcionamiento sea más eficiente; se ha demostrado que el 70% de fallas en sistemas hidráulicos se da a causa de un fluido contaminado, por lo que es indispensable contar con un buen sistema de filtrado (Heras, 2011).. 36.

(37) Seleccionar un filtro Figura 18 es muy importante porque debe garantizar el nivel de limpieza y su presencia no debe afectar el rendimiento del sistema; por lo general un filtro debe tener una buena capacidad de retención para evitar cambios a corto plazo, ser accesibles y facilitar el mantenimiento, no añadir contaminación adicional y ser compatibles con los niveles de presión.. Figura 18: Filtro de aceite hidráulico. Fuente: (Loader, 2005). La norma ISO 4406 determina la limpieza fijando el número de partículas superiores a 5 m y 15 m mediante un código de cifras de Y/Z, estos códigos se determinan mediante la Tabla 2 y cada número de rango representa la cantidad de partículas por mL de fluido hidráulico (Heras, 2011). Tabla 2: Rango de números ISO 4406, conteo de partículas. Fuente: (Heras, 2011). Numero de partículas por mL Más de Hasta 160000 80000 80000 40000 40000 20000 20000 10000 10000 5000 5000 2500. Numero de rango ISO 4406 24 23 22 21 20 19 37.

(38) 1300 640 320 160 80 40 20 10 5 2.5 1.3 0.64 0.32 0.16 0.08 0.04 0.02 0.01. 2500 1300 640 320 160 80 40 20 10 5 2.5 1.3 0.64 0.32 0.16 0.08 0.04 0.02. 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1. Conductores de fluido. Los conductores de fluidos son los elementos que se encargan de circular el fluido a través de todo el sistema; los conductores más comunes son las mangueras y los tubos de acero o cañerías (Univeridad Politecnica Nacional, 2019). Mangueras: Las mangueras se usan cuando las líneas de fluido deben doblarse o flexionarse. Las mangueras tienen una clasificación de presión con un factor de seguridad de 4 a 1, para alcanzar dicho factor están reforzadas con fibra natural, sintética o alambre metálico, de forma trenzada o de una conexión en espiral. Las dimensiones de la manguera dependerán también de la velocidad y del volumen del fluido (Univeridad Politecnica Nacional, 2019). El dimensionamiento de una manguera se designa por su diámetro interno, en la Figura 19 se muestra una manguera hidráulica.. 38.

(39) Figura 19: Tubería flexible. Fuente: (Univeridad Politecnica Nacional, 2019). Tuberías: Llamadas también cañerías de acero Figura 20; desde el punto de vista de rendimiento y costos son las preferidas, pero tiene la desventaja de ser difícil de instalar en ciertos circuitos y de ser necesario aplicar soldadura para proteger las fugas hacia el exterior. Las tuberías son especificadas según su diámetro externo, aunque la capacidad de flujo real es determinada por el diámetro interno, por tal razón existen tuberías con el mismo diámetro externo, pero con diferente capacidad de flujo y diferente resistencia a la presión (Univeridad Politecnica Nacional, 2019).. Figura 20: Tubería rígida. Fuente: (Univeridad Politecnica Nacional, 2019).. 39.

(40) Conceptos básicos de electrohidráulica. En una instalación la energía eléctrica de trabajo y de mando es introducida, procesada y cursada por elementos operativos muy determinados; existen elementos de entrada, procesamiento, y conversión de señales eléctricas que gobiernan las instalaciones oleohidráulicas (Rafael Duque, 2007). 1.3.3.9.. Elementos de entrada de señal. Estos elementos tienen la función de introducir las señales eléctricas. de un mando, con diferentes tipos y tiempos de duración de accionamiento. Cuando el control de los elementos sucede a causa de una unión de contactos eléctricos se denomina mando por contacto, en caso contrario se le denomina contacto electrónico. Los contactos se distinguen por ser de cierre, apertura o conmutación (Rafael Duque, 2007). El accionamiento de estos elementos puede ser de forma manual mecánica o a distancia con mandos eléctricos y neumáticos. En la Figura 21 se muestra los diferentes tipos de contacto de los elementos de entrada de señal.. Figura 21: Contacto NA, NC y conmutación. Fuente: (Rafael Duque, 2007). Pulsadores. El pulsador Figura 22 es un elemento que introduce la señal para poner en accionamiento una máquina o instalación, se dispone de pulsadores normalmente abiertos o normalmente cerrados; también podemos encontrar ambos tipos de pulsadores montados en un mismo cuerpo en varios tipos de combinaciones y alternativas. 40.

(41) Figura 22: Pulsador NA y NC. Fuente: (Rafael Duque, 2007). Es necesario el uso de pulsadores figura en todas las aplicaciones donde se ha de comenzar ciclos de trabajo y alcanzarse determinados desarrollos funcionales por introducción de señales o donde por razones de seguridad se debe accionar continuamente. Interruptores. Los interruptores Figura 23 son elementos capaces de introducir señal a la instalación quedando mecánicamente enclavados en el primer accionamiento; volviendo a su posición inicial y anulando el enclavamiento en el segundo accionamiento. El accionamiento puede ser por estirado o por giro (Rafael Duque, 2007).. Figura 23: Interruptor NA y NC. Fuente: (Rafael Duque, 2007).. 41.

(42) Finales de carrera mecánicos. Los finales de carrera son los que detectan posiciones determinadas de piezas o elementos de trabajo, normalmente a través de un contacto conmutado que puede ser lento en la velocidad de apertura y cierre; o contacto rápido donde no tiene importancia la velocidad de acceso (Rafael Duque, 2007). El accionamiento de los finales de carrera. Figura 24 es a través. de piezas fijas cómo levas o rodillos.. Figura 24: Final de carrera NC. Fuente: (Rafael Duque, 2007). 1.3.3.10.. Elementos de procesamiento de señal. Relé. El relé es un elemento de mando y de conexión de bajo coste. energético llamado también interruptor de accionamiento electromagnético; su funcionamiento se basa en la energización de una bobina la cual crea un campo magnético que atrae a la armadura hacia el núcleo, dicha armadura tiene contacto mecánico a los contactos que llegan abrirse o cerrarse (Rafael Duque, 2007). Los relés Figura 25 usados para bancos electrohidráulicos están diseñados con 4 contactos de conexión y desconexión. 42.

(43) Figura 25: Representación de un relé. Fuente: (Rafael Duque, 2007). Relé temporizador con retardo de conexión (On delay). Este relé Figura 26 tiene la función de cerrar el circuito después de haber transcurrido un tiempo ajustable determinado. Una señal de salida determina la progresión del mando (Rafael Duque, 2007).. Figura 26: Relé con retardo a la conexión. Fuente: (Rafael Duque, 2007).. 43.